JP2008179145A - 電子写真システム用ｒｏｓドライバ回路およびその切り換え方法 - Google Patents

Abstract

【課題】異なる印刷速度への切換えを迅速かつ安価に行う電子写真システムを提供する。
【解決手段】電子写真システム用切り換え可能ＲＯＳドライバ回路であって、第一のシステム印刷速度に対応する第一の基準信号に基づいて調整され、フェーズ・ロック・ループ回路と、チャージポンプ回路３０と、ＶＣＯへの入力電圧を、第一のシステム印刷速度に対応する所望の周波数を発生させるために設定するよう設置されたループフィルタとを有するサブピクセルクロック発生器と、サブピクセルクロック発生器に関連付けられ、第二のシステム印刷速度に対応する第二の基準信号をサブピクセルクロック発生器に印加した際に、ジッタを終息させ、ＶＣＯへの入力電圧の飽和を回避するためのクランプ回路と、ＲＯＳ光源６０であって、ＲＯＳ光源６０のサブピクセル制御のためにサブピクセルクロック発生器と動作的に連通するＲＯＳ光源６０とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は一般に、電子写真印刷機に関し、より詳しくは電子写真印刷機における走査出力スキャナに関する。

一般に、電子写真印刷の工程には、光導電部材をほぼ均一な電位まで帯電させてその表面を感光させるステップが含まれる。光導電表面の帯電部分は、複製しようとする原文書または原画像に対応する走査用レーザ光線またはＬＥＤダイオードからの光画像に露光される。帯電表面への光の影響により、光導電表面上に静電潜像が生成される。

静電潜像が光導電表面上に記録されると、潜像が現像される。現像には、二成分現像剤と一成分現像剤が一般的に使用される。代表的な二成分現像剤は、磁性キャリア顆粒と摩擦電気的に潜像に付着するトナー粒子との混合物である。一成分現像剤は通常、トナー粒子からなり、キャリア粒子を含まない。トナー粒子が潜像に付着し、光導電表面の潜像の上にトナー粉末の画像を形成する。その後、トナー粉末画像がコピー用紙に転写される。最後に、トナー粉末画像を加熱し、これをコピー用紙に永久的に融着させ、ハードコピー画像を形成する。

カラー電子写真プリンタにおいて、ひとつまたは複数の走査出力スキャナ（ＲＯＳ）ユニットが移動する光受容体ベルト表面等の付近に配置され、これに選択的に電圧が印加されて逐次的に画像の露光を行う。個々の潜像は、複数の異なる色分解画像のひとつひとつを表す。色分解潜像の現像と現像された画像の出力媒体への転写によって、多色画像が画定される。色分解画像は、たとえば、黄色、マゼンタ、シアン、黒のカラー画像を画定し、これらは出力媒体上の減法混色(subtractive combination)により、可視的な多色画像を生成する。観察者が出力媒体を見ると、人間の目は色成分画像からの光反射を統合して色のシェードとする。

カラーイメージングサイクルで、プリンタは所望の出力画像の各色成分についての成分画像露光を行う。フルカラー画像の場合、４つの色成分画像、つまり３原色の各々についての成分画像と黒い画像のついての４つ目の成分画像が生成される。各成分画像は移動する光導電表面に転写されるが、これは、ＲＯＳの光源が移動する光導電体を横切って動く間にこの光源を変調し、光伝導体を画像様のパターンで選択的に放電させることによって実現される。ＲＯＳのレーザまたはＬＥＤの変調制御は、ビデオデータによって行われる。各色成分画像について、画像データバイトの数値を使い、光受容体を照明するレーザまたはＬＥＤを１画素タイミング周期だけイネーブルまたはディエーブルする。データの数値が閾値より小さいと、ＬＥＤまたはレーザは１画素周期の間、作動されない。データの数値が、ひとつの画素が生成されるべきであることを示していれば、ＬＥＤまたはレーザは１画素周期の間、作動される。

１つの色成分画像を含む一連の画素を生成するＲＯＳは、それが生成する色成分画像を、他の色成分画像と重なりあって整合するように配置する。これらの重なった画像は、名目上５ミクロンの近い間隔で離間された一連の画素で構成されている。これらの成分画像が現像ステーションで現像され、異なる色のトナー粒子が成分画像に転写されると、合成カラー画像が形成される。その後、この合成カラー画像が出力シートに転写される。このように、観察者が知覚するカラー画像の品質は、成分画像の画素の精密なレジストレーションに依存する。

一部の電子写真イメージングシステムにおいて、成分画像の潜像は、光導電体の共通のイメージング領域内で次々に重ねて形成され、現像される。共通のイメージング領域内で生成される潜像は、光導電体が連続する輸送経路を複数回通過する間に形成され、現像される。あるいは、光導電体が連続する輸送経路を１回通過する間に潜像を形成、現像することも可能である。１パスシステムでは、多色画像が非常に高速で組み立てられる。いずれのタイプのイメージングシステムにおいても、潜像の中の色分解画像の画素を正確に配置することが画像品質にとって重要である。

米国特許出願公開第２００６／２１５１８８号明細書

このようなタイプのＲＯＳデバイスにより生成される画素に関するひとつの問題は、画素の大きさと配置に関する精密さが欠如している点である。データバイト全体がオンかオフのいずれかひとつの数値にしかマッピングされないため、２種類の画素のうちの一方のみ生成される。したがって、ある画像のデータバイトは密度の異なる画素を画定することがあるが、ＲＯＳは１画素クロックサイクルの持続時間全体にわたりオンか、同じ期間中にオフのいずれかの画素しか生成できない。その結果、ある画像のデータコンテンツのいくつかが、画像データ群から潜像を生成する過程で失われる。

別のシステム印刷速度が望まれることがあるため、上記のような既存のＳＰＧカスタムチップを異なる速度のために有利に利用し、所望の速度の各々について、新たなフルカスタムの専用集積チップを開発する必要性をなくすことが求められている。

したがって、既存のＳＰＧチップを、そのチップに関わるわずかなオフチップコンポーネントだけを変更して、別の、またはより高い速度にも利用することによって、異なる印刷速度への切換えを迅速かつ安価に行うシステムを使用できるようにすることが望ましい。

本明細書で説明する態様によれば、複数のシステム印刷速度を選択的に切り換えるための、電子写真システム用切換え可能ＲＯＳドライバ回路が提供される。サブビクセルクロック生成器は、電圧制御発振器（ＶＣＯ）の入力電圧を設定するために、第一のシステム印刷速度に対応する第一の基準信号に基づいて調整され、第一のシステム印刷速度に対応するＲＯＳ光源のための所望の周波数を発生させる。サブピクセルクロック発生器には、第二のシステム印刷速度に対応する第二の基準信号をサブピクセル発生器に印加した際にジッタを終息させ、ＶＣＯへの入力電圧の飽和を回避するためのクランプ回路が関連付けられる。ＲＯＳ光源はＲＯＳ光源のサブピクセル制御のためのサブピクセルクロック発生器と動作的に連通する。

実施例の別の開示された特徴は、システム印刷速度を選択的に切り換えるために、電子写真システムのＲＯＳドライバ回路を切り換えるための方法である。第一のシステム印刷速度に対応する第一の基準信号が、第一のシステム印刷速度に対応する第一の所望の周波数を発生させるために、ＲＯＳ光源と連通するＶＣＯへの入力電圧を設定するために配置されたピクセルクロック発生器に印加される。第一の基準信号は、第二のシステム印刷速度に対応する第二の基準信号に切り換えられる。この切り換え中、ＶＣＯへの入力電圧は、ジッタを終息させ、ＶＣＯへの入力電圧の飽和を回避するためにクランプされる。第二のシステム印刷速度の周波数に対応するＶＣＯ出力はＲＯＳ光源に伝えられる。

［実施例１］
図１を参照すると、サブピクセルクロック発生プロセッサ１０が示されており、この中で、８ビット信号（デュアルチャネルＲＯＳシステムのためのビデオデータＡ １２とビデオデータＢ １４と呼ばれるパラレルフォーマット）がパラレル／シリアル変換回路１６，１８にそれぞれ印加され、出力信号であるサブピクセルＡ ２０とサブピクセルＢ ２２を発生する。これらの出力信号は、ＲＯＳの中のレーザドライバに印加され、レーザ光線をオンにする。毎回のオン状態のレーザ光線の持続時間は、出力信号のパルス幅に依存する。パラレル／シリアル変換器１６，１８は、サブピクセル生成のための出力パルスの最大持続時間を制御するために、ピクセルクロック２４の８倍の速度の内部クロック信号を必要とする。変換器の内部クロックには、フェーズ・ロック・ループ（ＰＬＬ）回路２８により発生されるサブピクセルクロック２６が必要となる。

図２を参照すると、ＳＰＧチップのＰＬＬ部が、ピクセルクロック信号２４によって特定のシステム印刷速度のために最適化されている。たとえば、システム速度が１００ページ／分（ｐｐｍ）である場合に必要なピクセルクロックは５４ＭＨｚである。サブピクセルクロック周波数２６は、ピクセルクロックの８倍の速度である（８×５４ＭＨｚ＝４３２ＭＨｚ）。ＰＬＬは、チャージポンプ回路３０と、チャージポンプ電流（ｉ_cp）をＶＣＯ ３４に伝えるループフィルタ回路３２を備える。チャージポンプ電流はループフィルタ回路３２のコンデンサを充電し、ＶＣＯ３４における周波数の設定に必要な電圧を供給する。

前述のように、システムの印刷速度を、たとえば１００ｐｐｍから１３５ｐｐｍに変更することが望まれる場合、チャージポンプ電流を変え、ＶＣＯへの電圧を調整してレーザパルスの持続時間を調整する必要がある。１３５ｐｐｍの速度に対しては、クロック周波数を約６８ＭＨｚに上げ、新しい「サブピクセル」クロック信号２６が５２４ＭＨｚ（８×６８ＭＨｚ）になるようにすべきである。チャージポンプ回路において５４ＭＨｚクロックから６８ＭＨｚクロックに突然変化することになると（システム印刷速度を１００ｐｐｍから１３５ｐｐｍに変更）、チャージポンプ電流の突然の変化によって、ＶＣＯの入力電圧におけるオーバーシュートが発生し、ＶＣＯの飽和、長いセトリング時間、より大きなジッタの原因となる。

より詳しくは、図２に示されているように、チャージポンプ回路３０はループフィルタ回路３２のための電流を供給し、ループフィルタ回路はＶＣＯクロックのための周波数を設定するために、ＶＣＯの制御電圧を供給し、ＶＣＯクロックはサブピクセルクロック信号２６として使用される。速度がより速くなると、ループフィルタ３２のコンデンサを充電するために、チャージポンプ回路からより多くの電流が利用できなければならない。しかし、この電流を上昇させる際は常に慎重に行う必要がある。なぜなら、電流が大きすぎると、また、より重要な点として、チャージポンプ回路からの電流の数値の変化が急激すぎると、ジッタが発生し、不安定となり、ＰＬＬのセトリング時間が長くなるからである。たとえば、ＶＣＯが０から５ボルトの間で動作している場合、システム印刷速度が１００ｐｐｍであると、ＶＣＯへの入力電圧は１．５ボルトであるべきである。１３５ｐｐｍのシステム印刷速度にとって望ましい出力周波数を得るためには、調整中に電圧値を約２ボルトに上げることになる。ＶＣＯへの電圧が異なるレベル間で移行する際、２ボルトという望ましい電圧に落ち着く前にシステム電圧限界の５ボルトまでの電圧スパイクが発生することは稀ではない。このようなＶＣＯへの飽和スパイクにより、クロック周波数はディスエーブルされ、特定のセトリング時間が経過した後に適正な周波数が実現するまで、まったく印刷が行われないことになる。電圧の上下の振れは「ジッタ」と呼ばれ、ジッタが終息するまでに必要な時間は「セトリング時間」と呼ばれる。

異なる印刷速度間の切り換えが頻繁に起こり、したがってクロック周波数の変更が必要な状況でＰＬＬの動作を最適化するためには、ＶＣＯへの入力電圧の変化を、合理的セトリング時間内に、望ましくないジッタと発振器の飽和を回避する範囲にクランプすることが最善である。

図３，４を参照すると、チャージポンプ３０とループフィルタ３２との間に配置されたオフチップ最適化回路４０に比較回路が含まれ、チャージポンプの電流（ＣＰｏｕｔ）が正常に動作していること、つまり第一のシステム印刷速度に対応する１．１ボルトと第二のシステム印刷速度に対応する２．２ボルトの間にあると、両方のスイッチＳ₃，Ｓ₄がオフであることが示されている。したがって、たとえば、チャージポンプが第一のシステム印刷速度回路４０に対応する出力周波数のためにＶＣＯで１．１ボルトを発生するのに１０マイクロアンペアを必要とする場合、何の影響もない。あるいは、チャージポンプ回路が、第二のシステム印刷速度に対応する第二の周波数を出力するためのＶＣＯへの入力として約２．２ボルトまでループフィルタ回路を充電するために約１２マイクロアンペアに出力を増大するよう調整されると、電圧の急激な変化によって、上記のような問題の原因となる電圧スパイクが発生する可能性がある。

より詳しくは、ピクセルクロックが第一のシステム印刷速度に応じて第一の周波数に設定され（５０）、その後、第二のシステム印刷速度に対応する第二の周波数に合わせたピクセルクロック出力のためにＶＣＯを調整するように電流を急激に上げると（５２）、ＶＣＯの電圧は反発によって２．２ボルトより大きい値、あるいは１．１ボルトより小さい数値となるかもしれない。しかし、クランプ回路４０により、１．１ボルトから２．２ボルトまでの所望の範囲を超える範囲への反発が起こらなくなる。チャージポンプの電流が比較器６０の判断によって２．２ボルトを超えるスパイクの原因となる程度であると、スイッチＳ₃がオンとなり、ループ回路内のコンデンサＣ₁が放電し、チャージポンプ出力電圧が２．２ボルトまたはそれ以下となる。そして、スイッチＳ₃がオフとなる。あるいは、チャージポンプ出力回路が比較器６２の判断によって１．１ボルトより小さいと、スイッチＳ₄がオンとなり、コンデンサＣ₁が抵抗器Ｒ₄を通じて充電され、チャージポンプ出力電圧が１．１ボルトまたはそれ以上となって、スイッチＳ₄がオフとなる。このように、ＶＣＯでのチャージポンプ出力電圧は制限範囲内にクランプされる。明示された数値は単なる例にすぎず、回路コンポーネントや動作性能は、具体的な印刷システムにとっての必要に応じて調整できる。

図３に示す本願の主題であるクランプおよび最適化回路の利点は、ＳＰＧチップが、当初、第一のピクセルクロック周波数に調整され、ＲＯＳ光源の所望の調整を行うためにその出力がオフチップクランプ回路を通じて別のピクセルクロック速度に安全に調整されるようにすることが可能な点である。しかしながら、別の実施例では、完全に集積されたオンチップアセンブリの中に本願の主題であるクランプ技術を含めてもよい。一般に、この技術はオンチップまたはオフチップで使用可能である。

サブピクセルクロック発生器のブロック図である。 図１の発生器のフェーズ・ロック・ループコンポーネントの図である。 サブピクセルクロック発生器に関連付けられるクランプ回路コンポーネントを示す図である。 サブピクセルクロック発生器におけるチャージポンプ電流を最適に切り換えるためのプロセスを示すフローチャートである。

符号の説明

１０ サブピクセルクロック発生プロセッサ、１２，１４ ビデオデータ、１６，１８ パラレル／シリアル変換器、２０，２２ 出力信号、２４ ピクセルクロック、２６ サブピクセルクロック、２８ フェーズ・ロック・ループ回路、３０ チャージポンプ回路、３２ ループフィルタ回路、３４ ＶＣＯ、４０ 最適化回路、６０，６２ 比較器、６０ ＲＯＳ光源、Ｃ コンデンサ、Ｒ 抵抗器、Ｓ スイッチ

Claims (4)

1. 複数のシステム印刷速度の間の選択的切り換えを行うための電子写真システム用切り換え可能ＲＯＳドライバ回路であって、
   第一のシステム印刷速度に対応する第一の基準信号に基づいて調整され、フェーズ・ロック・ループ回路と、チャージポンプ回路と、ＶＣＯへの入力電圧を、前記第一のシステム印刷速度に対応する所望の周波数を発生させるために設定するよう設置されたループフィルタとを有するサブピクセルクロック発生器と、
   前記サブピクセルクロック発生器に関連付けられ、第二のシステム印刷速度に対応する第二の基準信号を前記サブピクセルクロック発生器に印加した際に、ジッタを終息させ、ＶＣＯへの前記入力電圧の飽和を回避するためのクランプ回路と、
   ＲＯＳ光源であって、前記ＲＯＳ光源のサブピクセル制御のために前記サブピクセルクロック発生器と動作的に連通するＲＯＳ光源と、
   を備えることを特徴とするドライバ回路。
2. 請求項１に記載のドライバ回路であって、
   前記クランプ回路は、好ましい範囲を超える前記ＶＣＯの前記入力電圧を検出するための比較器を備えることを特徴とするドライバ回路。
3. 請求項２に記載のドライバ回路であって、
   前記クランプ回路は、前記ＶＣＯへの前記入力電圧が前記好ましい範囲より高い時に前記入力電圧を低下させるためにループフィルタを放電させ、前記ＶＣＯへの入力電圧が前記好ましい範囲より低いときに、前記入力電圧を増大させるためにループフィルタを充電することを特徴とするドライバ回路。
4. システム印刷速度を選択的に切り換えるための電子写真システム用ＲＯＳドライバ回路の切り換え方法であって、
   第一のシステム印刷速度に対応する第一の基準信号を、前記第一のシステム印刷速度に対応する第一の所望の周波数を発生させるようにＲＯＳ光源と連通するＶＣＯへの入力電圧を設定するために配置されたピクセルクロック発生器に印加するステップと、
   前記第一の基準信号を、第二のシステム印刷速度に対応する第二の基準信号に切り換えるステップと、
   前記切り換えステップ中に前記ＶＣＯへの前記入力電圧をクランプし、ジッタを終息させ、前記ＶＣＯへの前記入力電圧の飽和を回避するステップと、
   前記第二のシステム印刷速度に対応する前記ＶＣＯ出力周波数を前記ＲＯＳ光源に伝えるステップと、
   を含むことを特徴とする方法。

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